采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件磨損特性研究及改進(jìn)設(shè)計(jì)

景澤波

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 大同 037003）

引言

采煤機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，其承擔(dān)著煤層的開采、落煤任務(wù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于綜采工作面的生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣，設(shè)備所面臨的磨損也非常嚴(yán)重。導(dǎo)向滑靴、平滑靴為采煤機(jī)的主要支撐零部件，也是磨損較為嚴(yán)重的部件；而在采煤機(jī)維修、維護(hù)過程中對(duì)滑靴的更換周期較長(zhǎng)、流程也十分復(fù)雜，從而影響著采煤機(jī)的開采效率和可靠性。因此，本文重點(diǎn)對(duì)采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)滑靴部件的磨損情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并針對(duì)性地提出相應(yīng)改進(jìn)措施，旨在提升滑靴機(jī)構(gòu)的性能，為整體上提升采煤機(jī)的生產(chǎn)效率和安全性奠定基礎(chǔ)[1]。

1 滑靴的力學(xué)特性測(cè)試及分析

本文通過對(duì)采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)的平滑靴和導(dǎo)向滑靴進(jìn)行力學(xué)檢測(cè)試驗(yàn)，所得的試驗(yàn)結(jié)果旨在為后續(xù)滑靴磨損規(guī)律的預(yù)測(cè)提供支撐。

采煤機(jī)為綜采工作面的主要截割設(shè)備，其行走機(jī)構(gòu)中的平滑靴和導(dǎo)向滑靴主要承擔(dān)著采煤機(jī)的支撐和導(dǎo)向功能。在實(shí)際生產(chǎn)中，采煤機(jī)本身的質(zhì)量很大，再加上其滾筒承受的動(dòng)態(tài)載荷傳遞至滑靴，導(dǎo)致滑靴與軌道之間的摩擦力增大，從而加劇了滑靴的磨損。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)平滑靴和導(dǎo)向滑靴的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)[2]。

1.1 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)是在試驗(yàn)中心搭建綜采工作面的模擬生產(chǎn)情況，通過模擬系統(tǒng)中安裝的各類傳感器獲取裝備各方面的性能參數(shù)，所搭建的試驗(yàn)平臺(tái)包括采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架及煤壁等，具體設(shè)備及試驗(yàn)平臺(tái)的參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)

本次試驗(yàn)主要對(duì)采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)的平滑靴和導(dǎo)向滑靴在各種工況下的受力數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并分析。其中，針對(duì)平滑靴主要對(duì)其徑向力進(jìn)行測(cè)量；針對(duì)導(dǎo)向滑靴主要對(duì)其中的銷軸、銷軸內(nèi)的螺桿拉力及耳板的受力情況進(jìn)行測(cè)試。

其中，平滑靴徑向力通過銷軸傳感器并連接應(yīng)變采集模塊進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和顯示。導(dǎo)向滑靴銷軸的徑向力和軸向力通過銷軸傳感器并連接應(yīng)變采集模塊進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和顯示；導(dǎo)向滑靴銷軸內(nèi)螺桿拉力通過拉力傳感器并連接應(yīng)變采集模塊進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和顯示；導(dǎo)向滑靴耳板的應(yīng)力和應(yīng)變通過在耳板上張貼應(yīng)變貼片并連接應(yīng)變采集模塊進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和顯示[3]。

1.2 結(jié)果分析

1.2.1 平滑靴試驗(yàn)測(cè)試值

如圖1 所示，通過試驗(yàn)得知前滑靴所承受的平均力為30 kN，而后滑靴所承受的平均力為300 kN。后滑靴比前滑靴受力較大的主要原因?yàn)椴擅簷C(jī)在生產(chǎn)時(shí)會(huì)形成一個(gè)較大的后傾翻力矩，導(dǎo)致前滑靴的支撐力減小，后滑靴的支撐力增大。

圖1 平滑靴試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

1.2.2 導(dǎo)向滑靴試驗(yàn)測(cè)試值

同理，針對(duì)導(dǎo)向滑靴的力學(xué)性能測(cè)試得出如下結(jié)論：

1）前導(dǎo)向滑靴的支撐力小于后導(dǎo)向滑靴；

2）在斜切工況下，前導(dǎo)向滑靴和后導(dǎo)向滑靴的支撐力均大于在正常截割工況。

2 滑靴的磨損特性研究

在上述采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)滑靴力學(xué)性能分析的基礎(chǔ)上，得出采煤機(jī)前平滑靴和前導(dǎo)向滑靴所承受的支撐力均小于后平滑靴和后導(dǎo)向滑靴。因此，本小節(jié)重點(diǎn)對(duì)采煤機(jī)后平滑靴和后導(dǎo)向滑靴的磨損特性進(jìn)行研究。與滑靴相接觸的部件為銷排或鏟煤板，其中平滑靴與鏟煤板相互接觸；導(dǎo)向滑靴與銷排相互接觸[4]。

2.1 試驗(yàn)方法

結(jié)合采煤機(jī)滑靴、銷排及鏟煤板的實(shí)際材質(zhì)進(jìn)行磨損特性試驗(yàn)研究。其中，滑靴對(duì)應(yīng)的材質(zhì)為Cr28MnV，銷排和鏟煤板對(duì)應(yīng)的材質(zhì)為ZG35CrMnSi。在試驗(yàn)之前，首先對(duì)滑靴和銷排的表面硬度進(jìn)行測(cè)試，所采用的測(cè)試儀器為HBS-3000；同時(shí)，通過實(shí)際觀察可知，滑靴的磨損大于銷排。因此，一般將滑靴采用淬火+回火的處理方式以提高其硬度，其對(duì)應(yīng)的硬度（HB）值為270；銷排和鏟煤板的硬度（HB）為201.4。

本次磨損特性試驗(yàn)采用型號(hào)為MMU-10G 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，具體試驗(yàn)思路為：采用光電天平對(duì)不同載荷下銷排、滑靴磨損前后的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，從而得出滑靴、銷排的磨損率與載荷之間的關(guān)系。

本次試驗(yàn)的載荷分為300 N、650 N、1 000 N 和1 350 N；試驗(yàn)?zāi)p的時(shí)間為15 min、30 min 和60 min；試驗(yàn)?zāi)p的速度恒定在120 r/min；本次試驗(yàn)的環(huán)境溫度為20 ℃。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本次試驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)滑靴與銷排的磨損特性進(jìn)行試驗(yàn)分析，得出如表2 所示的結(jié)論。

如表2 所示，滑靴經(jīng)過淬火和回火處理后，在同種情況下滑靴的磨損量明顯小于銷排的磨損量。同時(shí)，隨著磨損時(shí)間和載荷的增加滑靴和銷排的磨損量均明顯增加。在同等狀態(tài)下，無潤(rùn)滑狀態(tài)下滑靴和銷排的磨損量也明顯增加。

表2 滑靴與銷排在不同情況下的磨損量對(duì)比

2.3 滑靴及銷排耐磨性的改進(jìn)設(shè)計(jì)

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了便于對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行修理和維護(hù)，減小對(duì)采煤機(jī)修理和維護(hù)的次數(shù)，應(yīng)盡量將滑靴和銷排的耐磨性壽命趨于一致，即同一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行更換處理。通過上述力學(xué)性能測(cè)試和磨損量測(cè)試得知，適當(dāng)提升關(guān)鍵部件的硬度并采用合理的熱處理工藝可有效提升部件的耐磨性壽命[5]。因此，在對(duì)滑靴熱處理的基礎(chǔ)上還應(yīng)對(duì)銷排進(jìn)行處理，使其也達(dá)到滑靴的索氏體晶相組織，保證銷排與滑靴的硬度處于同一水平。

3 結(jié)論

1）采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)后平滑靴和后導(dǎo)向滑靴所承受的支撐力明顯大于前平滑靴和前導(dǎo)向滑靴。

2）在實(shí)踐生產(chǎn)中，滑靴的磨損量大于銷排。通過試驗(yàn)可知，對(duì)滑靴進(jìn)行熱處理增加硬度后其磨損量明顯低于未經(jīng)熱處理的銷排。而且，隨著磨損時(shí)間和載荷的增加，滑靴和銷排的磨損量明顯增加。

3）可以適當(dāng)增加銷排的硬度，使其與滑靴達(dá)到同一個(gè)水平，減小二者在實(shí)際生產(chǎn)中的磨損量，并將其磨損壽命趨于一致。